钢筋混凝土水池渗漏原因分析与预防措施

钢筋混凝土水池渗漏原因分析与预防措施

随着我国基础设施建设的快速发展，大型富水建筑（尤其是钢筋混凝土水池）已广泛应用于给排水和土木工程等必要因素的一部分。例如，在污水处理厂项目中处理氧化沟渠、通风池、生物反应池等的项目。在干净的水处理厂中，有清水池、沉淀池和过滤池。固体残渣处理项目的调节池和城市排水工程中的水泵站等结构。这些大型现浇钢筋混凝土盛水构筑物,其主要功能就是贮存和处理水体.因此,除满足结构在承载力极限状态下的强度要求外,其在正常使用极限状态下,有着比普通工业和民用构筑物更加严格的水密性和抗渗要求.然而,现浇钢筋混凝土结构的水池也容易出现各种裂缝和渗漏,严重的渗漏不仅影响工程表观质量,还可能导致水池竣工后无法正常投入使用.由于大型钢筋混凝土水池常深埋于地下或半埋于地下,其渗漏修复往往难度较大,处理不当会给整个工程带来无法弥补的缺憾.因此,如何防治水池的渗漏,确保水池工程质量,应作为排水和环境工程中设计与施工的重要课题.为此,以参与修复的几个钢筋混凝土水池工程为例,探讨水池渗漏产生的主要原因及防治与修复问题.1钢筋混凝土池塘渗漏的类型和原因钢筋混凝土水池渗漏的成因非常复杂,有多种因素相互影响,究其产生的主要原因,大致可分为以下几类.1.1温度裂缝的产生原因在混凝土硬化期间,水泥水化放热、外部气温变化以及混凝土各组分热膨胀系数不均衡,都会在混凝土表面和内部引起很大的拉应力,当这些拉应力超出混凝土材料的抗拉强度时,即会出现裂缝.温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是将随温度的变化而产生的应力扩张或合拢.1.2混凝土的收缩在实际工程中,因混凝土收缩所引起的裂缝是比较常见的,以下几种混凝土的自身收缩是发生体积变形的主要原因:(1)塑性收缩.在混凝土初凝阶段,随着混凝土发生沁水和表面水分急剧蒸发,混凝土失水收缩;(2)沉降收缩.在混凝土初凝阶段,骨料因自重下沉,在下沉过程中受到钢筋阻挡,便可能形成沿钢筋方向的裂缝;(3)水化收缩.混凝土中水泥与水发生水化反应,造成体积减小而引起的收缩称为水化收缩;(4)干燥收缩(干缩).混凝土结硬以后,随着水分逐步蒸发,混凝土体积减小,称为干缩.因混凝土表层水分损失快,内部损失慢,因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力;当表面拉力过大时,便会产生收缩裂缝.1.3混凝土裂缝走向沉陷裂缝的产生是由于结构地基土的土质松软、不均匀、回填土不密实或浸水湿陷、冻胀等原因,造成地基土不均匀沉降所导致的.此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关.对于整体浇筑混凝土的部位,裂缝一般沿与地面垂直方向或与地面呈30°~45°角方向发展;而对于变形缝部位,往往造成构筑物相邻部分或构件的竖向错位.裂缝宽度往往与沉降量成正比关系,并且竖向裂缝宽度常常从上至下呈楔形渐变.当地基沉陷变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定.1.4混凝土与预埋件安装不当在混凝土结构浇筑、构件制作、支模板等过程中,若施工工艺不合理或施工质量低劣,就容易产生裂缝.裂缝出现的部位、走向、宽度因产生的原因而异,比较典型和常见的有以下几种:(1)混凝土浇筑缺陷.当水池池壁较薄、模板相对较高时,如混凝土和易性欠佳、浇筑方法不当、振捣不充分时,拌合物易产生离析,局部出现空洞、蜂窝、麻面等现象,形成水流通道,从而发生渗漏;(2)预留预埋处理不当.由于预埋管(翼环)未焊好止水板、预埋件安装前未将表面清除干净、预埋件(管)周围的混凝土未浇捣密实等,影响了其与混凝土的黏结,都可能形成裂缝、蜂窝和孔洞而致漏水;(3)模板固定不当.固定模板的对拉螺栓(或铁丝)部位常常形成裂缝而导致漏水,其主要原因是对拉螺栓未焊止水环或止水环焊接质量不佳,形成缝隙而导致漏水;(4)钢筋施工不当.在绑扎钢筋时,未按规定设置足够的保护层,或设置保护层的方法不当,致使钢筋与模板直接接触,或有贯通内外壁的钢筋、铁丝等,水可能沿钢筋与混凝土结合处的缝隙渗漏;(5)混凝土配比不当.任意套用混凝土配合比或水、砂石、水泥材料计量不准等原因,都可能造成混凝土强度、抗渗性能、抗收缩性能等指标下降,在外荷载作用下导致结构开裂、漏水.1.5水池变形缝处渗流量过大,易产生渗漏水在大型水池的设计与施工中,由于水池超长、超宽,常会采用各种变形缝来适应温湿度变形、地基沉降和地震等影响.然而柔性的变形缝处往往是整个水池最薄弱的环节,变形缝处发生渗漏多由以下原因引起:止水带连接质量不佳或在施工过程中被损坏;止水带表面与混凝土结合不佳,界面处形成缝隙;水池温湿度变形或地基不均匀沉降变形超过止水带承受能力,止水带撕裂或被从混凝土构件中拉出;止水带因为养护不当或超过使用年限,发生老化变形等.1.6表面劣化的发生渗漏由于混凝土在空气中发生中性化(碱性降低)和碳化劣化;在氯盐、硫酸盐等侵蚀介质作用下表面发生劣化;在长期冻融环境下发生冻害劣化等,都可能造成混凝土强度、抗渗性能和结构耐久性降低,从而在外力作用下导致开裂、漏水.2防止泄漏的措施2.1结构的设计方法混凝土是一种复合材料,其自身约束影响、外界条件约束影响及产生裂缝的原因都十分复杂.因此在设计计算过程中,除根据具体条件做应力计算外,采用一系列综合性构造措施对控制裂缝是十分必要的.根据工程的具体情况可以采用以下几种处理方法.(1)减少外界边界约束.对于超长混凝土水池,宜采用减少外界对构筑物边界约束的措施,保证结构在变形时能够自由伸缩,以达到释放应力的目的.例如,当地基为岩石或其他坚硬土层时,应在底板下设置柔性滑动层,使结构能够自由伸缩变形,避免产生裂缝.(2)设置变形缝或后浇带,这是结构工程设计、施工中的常用方法.变形缝和后浇带可以有效地释放混凝土硬化和养护期间的收缩,消除因施工期的变形引起的结构附加应力.(3)使用外加剂.随着工程技术的快速发展,各种混凝土外加剂的性能和使用频率也得到很大提高.在混凝土中掺加膨胀剂和抗裂减水剂等,混凝土的膨胀量可以部分抵消混凝土硬化和养护期间的收缩变形,提高结构使用期间对温度变形的适应能力,防止温度裂缝的发生.《混凝土结构设计规范》和《给水排水工程构筑物结构设计规范》规定,对于在混凝土中掺加可靠外加剂的构筑物,可在规范规定的基础上,根据经验适当调整最大伸缩缝间距.但值得注意的是,使用外加剂不能完全消除混凝土的变形,只能在一定程度上减小温度变化或材料收缩而产生的过大变形.因此,掺加外加剂的结构不可能无限制地超长,而只能在一定限度内减少伸缩缝的数量.另外,在混凝土浇筑中往往要加入减水剂、泵送剂,有的还要加入早强剂、防腐剂和抗冻剂等.由于各种外加剂的性质和适用条件不同,必然会相互影响.因此,当出现多种外加剂同时使用的情况,必须进行试验以确定配比,避免对混凝土各项指标产生不利影响.(4)加强整体刚度,提高抗裂性能.当大型水池采用扶壁式挡水墙时,扶壁和底板连接处,宜设置加强腋角以增大转角处刚度,分散竖向交角处应力.为防止池壁产生贯穿裂缝,并减少表面裂缝,底板上下和池壁两侧钢筋应对称设置,水平钢筋尽量细而密,单侧最小配筋率应控制在0.2%左右.另外,采取在池壁顶部增设圈梁(暗梁)、转角处设置水平加强筋、洞口处设置加固钢筋等合理的结构布置和构造措施,可以减少温湿度等因素对结构的影响.2.2混凝土浇筑施工缝严格控制混凝土结构裂缝的产生和发展,除严格执行设计技术要求外,施工过程中的技术控制也是十分重要和必要的.(1)模板要求.模板应牢固、密实,不得漏浆.当内、外模板之间使用拉筋时,应在每一根拉筋上加焊止水环.(2)混凝土浇筑.由于水池池壁相对较薄,为避免混凝土产生分层、离析,浇筑可分层分段进行;全面细致地进行振捣,防止漏振、欠振现象的发生;还应注意层与层、段与段之间的浇筑时间间隔不得超过初凝时间,以免在施工缝处出现混凝土结合缺陷.如条件允许,应尽量减少施工缝的数量.(3)严格控制水胶比和胶凝材料用量.有抗渗要求水池混凝土的水胶比一般控制在0.45~0.50之间,每立方米混凝土胶凝材料用量在320,kg左右.过高的水胶比往往导致混凝土产生多处干缩裂缝,严重影响构件水密性和耐久性.单位体积混凝土水泥用量过多时,会产生额外的水化热,加剧混凝土温度收缩;而单位体积混凝土胶凝材料用量较少,或胶凝材料中影响混凝土抗渗性能的掺合料添加比例过高时,混凝土的自身抗渗性能将大大降低.这种由于混凝土配比不当引起的水池渗漏,往往是难以有效修复的.(4)养护.混凝土终凝后即应洒水养护,拆除模板后也要定时浇水,以保持表面湿润.为防止出现干缩裂缝及温度裂缝,最好在表面覆盖塑料薄膜或麻袋、草帘等进行保温、保湿、养护.2.3混凝土浇筑工艺(1)施工缝的处理.水池的顶板与底板最好一次浇筑完成,不宜留施工缝;施工缝不宜留在底板与池壁交界处,应设在高于底板500,mm左右的池壁上.池壁留施工缝时,应设置钢板(橡胶)止水带.接灌混凝土前,要将原有混凝土表面浮浆凿去,并认真清理冲洗处理后再浇筑新混凝土.(2)预埋件(预埋管)的处理.当水池设有预埋件时,要注意不要使预埋部分穿透池壁或池底板,以免造成渗漏通道.当设置预埋管必须穿透模板时,应在预埋管上加焊止水环或设置防水套管.混凝土浇筑时,要特别注意将预埋件(预埋管)下方的混凝土振捣好,防止出现空洞、蜂窝,形成渗漏通道.3修复工程的实例3.1地上式敞口水池某污水处理厂项目中的水解酸化池工程,平面尺寸18.5,m×11.5,m,基础埋深2.35,m,地面以上外露4.65,m,池壁厚400,mm,属地上式敞口水池.该水池采用天然地基,其地基承载力特征值为140,kPa,地下水埋深约为9,m,无不良地质状况.该水池主体结构施工完成后,蓄水试验时发现在池壁有两处渗水现象.3.1.1施工缝处混凝土浇筑液渗透量控制试水前、后的沉降观察记录表明,该水池无明显不均匀沉降.经过对水池池壁表面细致的观察,发现两处渗漏点均出现在池壁水平施工缝处.根据现场施工记录,该水池池壁在浇筑过程中由于现场突然停电,施工缝处上下层混凝土浇筑间隔时间较长,且该施工缝处上层混凝土系采用人工振捣.根据对施工记录和渗漏情况进行分析,认为造成渗漏的主要原因如下:(1)施工缝处下层混凝土表面的水泥砂浆粉末清理不彻底,使得在浇筑上层混凝土后,在施工缝凹槽处形成一条夹渣层,影响上下层混凝土的黏结质量;(2)由于施工组织不完善,现场停电后投入人力不足,使施工缝上下层混凝土前后浇筑时间间隔过长,上下层混凝土收缩不一致产生冷缝,从而产生渗漏;(3)由于池壁钢筋较密、内外模板间距较窄,施工缝处人工振捣部分没有充分捣实,形成空洞和缝隙.3.1.2“v”形槽根据水池渗漏的特点和原因分析,对于这两渗水处主要采取了堵漏、补漏的技术处理,主要处理步骤为:(1)首先用钢钎或切割机将裂缝扩大,形成“V”形槽,并清洗干净;(2)对于施工缝处较大的空洞和缝隙,采用环氧砂浆填充封闭裂缝.对于沿施工缝处细小的裂缝,采用低压注入环氧树脂浆液将裂缝封闭.这样既修补了渗漏点,又对薄弱处混凝土池壁缺陷进行了补强;(3)对修补后的表面采用环氧砂浆抹平,并涂刷环氧树脂防水涂料两遍.其修复如图1所示.池壁通过上述方法修复处理后,再次进行蓄水试验,池壁未发现有渗漏.该项工程已于2008年投入使用,至今未出现异常.3.2地下工业水池某污水处理厂项目中的立环氧化沟工程,平面尺寸72.3,m×28.65,m,基础埋深3.65,m,地面以上外露3.05,m,池壁厚450,mm,属地下式敞口水池,沿短边方向共分为3格,长边方向均匀设置两道变形缝,使用橡胶止水带止水.该水池采用天然地基,其地基承载力特征值为150,kPa,地下水埋深约为4,m,无不良地质状况.该水池主体结构施工完成后,蓄水试验时发现在北侧池格外池壁两处变形缝均有漏水现象,漏水点均位于底板和池壁交接处,漏水量较大.3.2.1变形缝施工渗漏水处理试水前、后的沉降观察记录表明,该水池发生渗漏的变形缝两侧无明显不均匀沉降.通过查阅设计图纸,得知该水池三个池格互通,水位相同,故仅在底板及南北侧外池壁变形缝处设置内置式橡胶止水带,止水带规格型号满足使用工况和《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》(以下简称《规程》)的要求,内池壁变形缝处采用嵌缝密封材料填充.根据前述漏水特点和设计资料,参阅现场施工记录发现,在该水池施工中,变形缝处橡胶止水带没有采用《规程》中规定的“热压机硫化胶合”,而采用了《规程》中不允许的冷黏结方式,且北侧池壁止水带接头设置在了底板和池壁交接处.通过认真分析,认为造成该水池渗漏的主要原因是:(1)施工中变形缝处橡胶止水带连接方式不当,特别是在折角处采用冷黏结接头,未经检验就进行混凝土浇筑,造成水池变形缝缺陷,导致漏水;(2)支模板时,没有对止水带采取有效措施进行固定和保护,导致浇筑混凝土时由于应力增大,导致止水带接头撕脱断裂;(3)在混凝土浇筑中,由于振捣不足,橡胶止水带下部混凝土与止水带未充分贴合,形成连续的空洞和缝隙等,导致渗漏加剧;(4)变形缝处嵌缝密封材料未按照《规程》中规定的配比施作,系施工单位现场配制,试水前已发生明显干缩,未起到密封作用.3.2.2伸缩缝的铺设及压紧根据水池渗漏的特点和原因分析,对于该水池漏水处底板上表面和池壁内侧,采取了外贴式止水带修复的技术处理,主要处理步骤如下:(1)在水池底板上表面及池壁内侧变形缝处,深3,cm、两侧各宽约30,cm的混凝土凿除,并把凿除表面清理干净.然后清理变形缝内深6~8,cm的残余干缩嵌缝料,并将缝内表面清洗干净;(2)在清理后的底板和池壁变形缝处,用遇水膨胀橡胶条嵌入清缝部分底部,并压密实,然后使用双组分聚硫密封胶嵌入伸缩缝内填满;(3)在水池伸缩缝两侧弹线,钻孔(直径22,mm)、清孔,并植入化学螺栓(螺栓材质为不锈钢,间距250,mm,钢筋胶粘剂采用喜利德),植入深度12,cm;(4)用环氧树脂砂浆将凿除的混凝土表面抹平整,将连接定制好的橡胶止水带两侧打孔(打孔位置及大小与化学螺栓位置及尺寸相匹配),止水带尺寸定做时根据现场实测数值(特别是止水带转角处),避免出现接头;(5)将橡胶止水带采用-5×60不锈钢扁钢压紧,并用不锈